CAP 25 - fices

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25.6 I Teoría de la conducción metálica • aumento de la energía interna y la temperatura del material; es por esto que los alambres que transportan corriente se calientan. Si el campo eléctrico del material es lo bastante grande, un electrón-puede ganar la energía suficiente entre colisiones para desprender electrones que normalmente están ligados a los átomos del material. Éstos, a su vez, pueden desprender entonces más electrones, y así sucesivaqtente, con la posibilidad de crear una avalancha de corriente. Ésta es la base microscópica de la ruptura del dieléctrico en los aisladores. EJemplo 25.12 Tiempo libre medio en el cobre Calcule el tiempo libre medio entre colisiones en el cobre a temperatura ambiente. lm!m:'llI IDENTIFICAR Y PLANTEAR: Se puede hallar una expresión del tiempo libre medio 1" en términos de ti, p. e y /Il reorganizando la ecuación (25.24). De acuerdo con e! ejemplo 25.1 y la tabl3 25.1. ene! casodcl cobre n = 8.5 X I(ji m-J y p = 1.72 X 10'" n-m. Ademas, por lo que toe:aa lose!ectrones, e = 1.60 X 10 lte y m = 9.11 X lO-JI kg. EJECUTAR: Con base en la ecuación (25.24) se obtiene m ,:-- ne 2 p 9.11 X lO-JI kg = '("'8-:.5-:X-:-:'o"=m--::-,")7("I.W:7"x:,:,""O'ó-", "C")'''(-:I.''72:--:X-:,''o"''-·''n::-.m""""') ~2.4X 10 I~S EVALUAR: Si se 10m3 el reciproco de este tiempo, se encuenlrn que cada decuón sufre en p"?ffiCdio ia.lredcdor de 4 X 10 13 colisiones cada segundo! En promedio, ¿Qué distanCia reCOrTe entre colisiones un electrón a la dcriva en el alambre de cobre del ejemplo 25.1 (sección 25.1)? (Sugerencia: Véase el ejemplo 25.'2). I
970 I e A rÍT u Lo 25 I Corriente, resistencia y fuerza electromotriz RESUMEN La corriente es la cantidad dc carga circulando a través de un área especifica por unidad de tiempo. La unidad sr de corriente es el ampcre, igual a un coulomb por segundo (1 A = I Cls). ,,- La corriente~ a través del área A depende de la concentración n y de la carga q de los portadores de carga, asi como de la magnimd de su velocidad de deriva Vd' La densidad de corriente es corriente por unidad de área de sección transversal. Por convención, la corriente se describe en términos de un flujo de carga positiva, incluso cuando los portadores de carga reales son negativos o de ambos signos. (Véase el ejemplo 25.1). (25.2) (25.4) ~d ~d ~,,~v"E La resistividad p de un material se define como la relación de las magnitudes del campo eléctrico y de la densidad de corriente. Los buenos conductores tienen poca resistividad; los buenos aisladores tienen una resistividad grande. La ley de Ohm, que muchos materiales obedecen de modo aproll:imado, establece que p es una constante independiente del valor de E. Por 10 regular la resistividad aumenta con la temperatura; cuando los cambios dc temperatura son pequenos esta variación está rcprcselllada aproxitruldanlente por la ecuación (25.6), dondc a es el coeficiente de temperamra de la resistividad. E p= J ¡ p(T) = Po[l + a(T - To)] (25.5) (25.6) "'~C?''!''" , , -d----"--T O T, Metal: p aumenta con ellncremenlO de T ' Pendiente" PrP En el caso de los materiales que obedecen la ley de Ohm, )a diferencia de potencial Ventre los ell:tremos de una muestra especifica de material es proporcional a la corriente J que nuye a_través del material. La proporción VI! = R es la resistencia de la muestra. La unidad sr de resistencia es el ohm (1 n=:) V/A). La resistencia de un conductor cilíndrico guarda relación con su resistividad p, su longitud L y su área de sección transversal A. (Véanse los ejemplos del 25.2 al 25.4). V =: IR (25.11) POlencial más bajo I,L R =:- A (25.10) Un circuito completo tiene un camino continuo que transporta corriente. Un circuito completo con una corriente constante debe contener una fuente de fuerza electromotriz (fem) [. La unidad SI de fuerza electromotriz es el volt (l V). Una fuente de fem ideal mantiene una diferencia dc potcncial constante, independiente de la corriente a través del dispositivo, pero toda fuente real de fem tiene ciena resistencia r. Por lo tanto la diferencia de potencial de bornes Vozb depende de la corriente. (Véanse los ejemplos del 25.5 al 25.8). Vab = E - Ir (25.15) (fuente con resistencia interna) , b ti r=20.&= 12V A t' " R"40 b' Un elemento dc circuito con una diferencia de potencial y.-y. =: VGb Y una corriente J introduce energia en un cin:uilO si la dirección de la corriente es del potencial menor al poleocial mayor en el dispositivo, y extrae energía del circuito si 13 crriente es en sentido opuesto. La potencia P (rapjdez de uansferencia de energia) es igual al producto de la diferencia de potencial por la corriente, Un resislor siempre aD1le energía eléctrica de un circuito. (Véanse los ejemplos del 25.9 al 25.11). P = Vabl (25.17) (elemento general de circuito) v ' P = Vobl =: IZR = ; (25.18) (potencia que entro en un resistor) , Elemento de circuito V. b J..
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